AVANÇOS NO DESENVOLVIMENTO DE FANTOMA ANTROPOMÓRFICO E ANTROPOMÉTRICO DE CABEÇA E PESCOÇO INFANTO-JUVENIL PARA DOSIMETRIA

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1 2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005 Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: AVANÇOS NO DESENVOLVIMENTO DE FANTOMA ANTROPOMÓRFICO E ANTROPOMÉTRICO DE CABEÇA E PESCOÇO INFANTO-JUVENIL PARA DOSIMETRIA Larissa Thompson e Tarcísio P. R. Campos 1 Programa de Pós-Gruaduação em Ciências e Técnicas Nucleares - CCTN Universidade Federal de Minas Gerais Av. Antônio Carlos, 6627, Prédio PCA1, sl Belo Horizonte, MG thompson@nuclear.ufmg.br e campos@nuclear.ufmg.br RESUMO As neoplasias malignas do pescoço na população pediátrica diferem significativamente das do adulto. Cerca de 5% dos tumores malignos primários pediátricos originam-se na cabeça e no pescoço. O tratamento do câncer da laringe é preferencialmente cirúrgico. Entretanto lesões de pouca infiltração, que não comprometem a mobilidade da corda vocal, não infiltram na cartilagem, e não comprometem nem a comissura anterior nem as aritenóides, podem ser controladas com radioterapia exclusiva. A dose tradicional para doença subclínica em câncer da laringe e região da cabeça e pescoço tem sido de 50 a 60Gy, com fracionamento padrão de 2Gy/dia, cinco vezes por semana. Quando o tratamento é realizado com radioterapia exclusiva no tumor primário, a dose deve ser maior, variando de 66 (para tumores pequenos T1) a 70Gy (para tumores maiores, como T2 ou T3). Fantomas são simuladores utilizados para estimativas de dose no paciente e avaliação das interações da radiação com a matéria. São empregados também para calibração de equipamentos de radiodiagnósticos e estimativas da qualidade de imagens médicas. Diferentes tipos de fantomas são desenvolvidos, manufaturados e comercializados, de formas e materiais os mais diversificados, tendo como base as diferentes finalidades a que os mesmos se prestam, no sentido de estabelecer parâmetros de checagem de supostos erros no planejamento e calibração. Este trabalho objetiva-se no desenvolvimento de um fantoma de cabeça e pescoço antropomórfico e antropométrico infanto-juvenil para estudos de dosimetria, de câncer de cabeça e pescoço. A metodologia baseia-se na construção do fantoma respeitando padrões anatômicos, e composição equivalente dos tecidos. 1.1 Radioterapia de Cabeça e Pescoço 1. INTRODUÇÃO O câncer de cabeça e de pescoço ocupa o sexto lugar entre os tumores mais comuns. Mais de 90% destes são representados por carcinomas espinocelulares. A cavidade Oral é o local mais comum na cabeça e pescoço, com a laringe em segundo lugar em freqüência. A radioterapia é o método de tratamento das neoplasias malignas que utiliza os efeitos das irradiações eletromagnéticas no controle da evolução dos tumores. Ela vem evoluindo desde a descoberta do raios-x por Roentgen, da radiatividade por Becquerel e do primeiro elemento radioativo - o rádio - pelo casal Curie. As principais fontes de irradiação são os aparelhos de RX para terapia superficial e semiprofunda e os isótopos radioativos, emissores de irradiação gama (Cobalto 60, Césio 137, Irídio 192, Rádio 226 e Iodo 125 ). A evolução progressiva da física a da eletrônica permitiu o desenvolvimento de equipamentos para obtenção de irradiações (fótons e elétrons), de alto poder de penetração nos tecidos: são os aceleradores lineares de partículas, dotados de sistemas comandados para o posicionamento dos pacientes e direcionamento do feixe de irradiação por 1 e 2 ou mais pontos de entrada. São aplicados também irradiação

2 com elétrons por: emissores beta implantados ou aceleradores lineares com produção direta de elétrons [3]. Conforme o objetivo dos resultados, a radioterapia tem finalidade curativa (que visa o controle do tumor com doses radicais), paliativa (que visa à redução do tumor sem pretensão de controle) e remissão (que visa o alívio de compressão de estruturas neurológicas, vias aéreas, vísceras ocas, controle de sangramento, prevenção de fraturas etc.) [3]. O tratamento padrão para tumores avançados é a laringectomia total com esvaziamentos cervicais seguida de radioterapia adjuvante, com taxas de controle local de aproximadamente 80% em 18 meses. A radioterapia adjuvante tem por objetivo esterilizar as células tumorais residuais subclínicas, que podem permanecer no leito tumoral ou em áreas de drenagens linfáticas do pescoço bilateralmente, e com isso diminuir a chance de recidiva local e aumentar a sobrevida. Nestes casos os campos de irradiação incluem todo o pescoço e a toxicidade tende ser maior, quando comparada com a radioterapia só para a laringe [2]. Tradicionalmente a laringe é tratada com dois campos localizados paralelos e opostos medindo cerca de 5 a 6cm. O fracionamento tradicional é de 2 Gy/dia. Não se deve usar dose por fração menor com risco de aumentar a taxa de falha local. Um regime muito comum para lesões T1 é 33 x 2Gy (66Gy), dados em 6,5 semanas e para T2 35 x 2Gy (70Gy) em sete semanas, mas outros esquemas mais curtos podem ser usados [2]. A dose tradicional para doença subclínica em câncer de laringe e região da cabeça e pescoço tem sido de 50Gy a 60Gy, com fracionamento padrão de 2Gy/dia, cinco vezes por semana. Quando o tratamento é feito com radioterapia exclusiva, a dose no tumor primário deve ser maior, variando de 66Gy (para tumores pequenos T1) a 70Gy (para tumores maiores como T2 ou T3) [2]. Como a distância entre os dois campos opostos no pescoço é pequena, a energia apropriada pode ser obtida tanto com cobalto quanto com acelerador linear de 4MeV ou 6MeV [2]. Nos tumores glóticos localizados, pelo baixo risco de metástase linfática, apenas a laringe é irradiada, incluindo as cartilagens tireóide e cricóide nos limites superior e inferior; o limite posterior fica 1cm atrás das aritenóides (na pele corresponde à borda anterior do músculo esternocleidomastóideo, e na radiografia, à borda anterior do corpo vertebral). A medula espinhal não é incluída no campo de irradiação. Pela forma cônica da laringe, os campos são tratados com o uso de filtros para homogeneizar a dose. A localização é tão clínica que não se costuma fixar o paciente com máscara. A posição pode ser lateral ou decúbito dorsal [2]. Tumores transglóticos ou supraglóticos têm significativa taxa de metástases para os linfonodos do pescoço, particularmente em cervicais anteriores altos (subdigástricos e jugular médio), com freqüência bilateralmente. Os linfonodos cervicais posteriores podem ou não ser incluídos no campo (em geral são pela baixa morbidade). Esta área pode ser irradiada com campos laterais e oposta. A medula nervosa deve ser protegida aos 45Gy [2]. Para tumores transglóticos, subglóticos, pacientes com linfonodos cervicais metastáticos ou submetidos a traqueostomia prévia, costumam Ter, além de campos laterais, um campo anterior que inclui ambas as fossas supraclaviculares. Na radioterapia do câncer da laringe, não se deve proteger a medula nervosa com uma proteção central no campo das fossas, como se costuma fazer com outros tumores da cabeça e pescoço, pelo risco de se proteger tumor sob o bloco. Nestes casos, uma alternativa prática é proteger a medula pelos campos laterais uns 2cm. Da mesma forma, não se deve fazer nenhum gap entre os campos pelo risco de administrar subdose na área tumoral [2]. Os blocos podem ser retos ou individuais, para os serviços com disponibilidade de confeccioná-los, podendo ser moldados para cada paciente (com Cerrobend por exemplo) [2]. A traqueostomia após laringectomia, por ser definitiva, não deve manter nenhuma sonda em longo prazo. Caso exista alguma sonda, de plástico ou de metal, convém retirá-la durante a radioterapia porque a radiação espalhada pode aumentar a toxicidade aguda local [2].

3 Nos casos de radioterapia exclusiva, após a dose de 50Gy em todo o pescoço e fossas, o campo é reduzido para englobar apenas o tumor primário com pelo menos 1cm de margem até a dose de 70Gy [2]. Outra técnica, difundida por Wang, pode ser prática e eficiente nos pacientes que conseguem uma boa extensão do pescoço. Nestes casos dois campos paralelos (anterior e posterior) e opostos podem incluir de forma apropriada toda a região linfonodal e o tumor primário. Normalmente se utiliza um bloco na medula posteriormente e um peso maior (2:1 ou 3:1) no campo anterior [2]. Interrupções das aplicações de irradiação, com aumento do tempo total de tratamento, tendem a piorar o resultado final [2]. Como em outros órgãos, as complicações da radioterapia podem ser agudas e tardias e dependem do volume tratado, fracionamento, dose total, combinação de tratamentos [2]. Quanto maior o volume tratado, pior a tolerância. Dose diária acima de 2Gy pode ser menos tolerada e exigir interrupção do tratamento que parece estar ligada a um maior índice de falha. As complicações mais freqüentes são dermites, mucosites, edema em graus variados e raramente condrites ou necrose. Quando as parótidas são irradiadas, pode ocorrer xerostomia. As cordas vocais são muito sensíveis, e facilmente o paciente fica rouco durante o tratamento. A voz costuma melhorar algumas poucas semanas após a irradiação, e deve ficar normal após três meses. As taxas de complicações tardias graves, com o uso de esquemas de fracionamentos mencionados, situam-se entre 2% e 5% [2]. A radioterapia pós-operatória só deve ser realizada após cicatrização da ferida cirúrgica, uma vez que a irradiação pode retardá-la. Pacientes que usam próteses devem retirá-las para que a irradiação nelas espalhada não aumente a toxicidade aguda nas mucosas vizinhas. Pacientes que tem dentes são orientados a procurar um dentista antes do início da radioterapia, para que os dentes muito ruins sejam retirados. Para compensar a perda de saliva, os pacientes são orientados a fazer bochechos e gargarejos a cada duas horas com água e bicarbonato de sódio. Vários tipos de saliva artificial têm sido tentados, mas oferecem apenas auxílio temporário e limitado. A policarpina oral pode ajudar neste desconforto, mas tem sido pouco usada no Brasil [2]. A barba nas áreas irradiadas poderá não mais crescer, e o provável é que a lesão seja definitiva. Pacientes operados tendem a ter mais fibrose dérmica cervical em longo prazo [2]. A morbidade cirúrgica depois de radioterapia mais quimioterapia de indução é comparável aos mesmos procedimentos cirúrgicos feitos sem radioterapia mais quimioterapia prévias [2]. Hoje seria impossível imaginar a prática da oncologia, sem a radioterapia [4]. 1.2 Fantomas para Radioterapia Fantomas são usados para simulação do comportamento e dosimetria das radiações ionizantes, bem como para calibração de radionuclídeos. Estes fantomas são semelhantes em morfologia e características antropométricas às estruturas biológicas estudadas [5]. Fantomas são simuladores utilizados para estimativas de dose no paciente e avaliação das interações da radiação com a matéria. São empregados também para calibração de equipamentos de radiodiagnósticos e estimativas da qualidade de imagens médicas [6]. Diferentes tipos de fantomas são desenvolvidos manufaturamente ou comercialmente, de formas e materiais diversificados, tendo como base as diferentes finalidades a que os mesmos se prestam, no sentido de estabelecer parâmetros de checagem de supostos erros no planejamento ou calibração [7,8,9,10,11]. No tratamento radioterápico são diversos os fatores que afetam a acurácia da distribuição da dose no volume - alvo clínico. Isto é particularmente importante no contexto de intercomparações entre ensaios multicêntricos, onde diferentes equipamentos e métodos podem ser usados para tratamentos supostamente idênticos e que devem ser considerados três níveis de simuladores para se checar parâmetros de incertezas na distribuição da dose: Nível I - Constituem fantomas utilizados para efetuar checagem

4 independente da calibração de uma fonte, sob condições de referência, utilizando-se para isso um simulador físico, geralmente a água, pelo fato de possuir densidade semelhante à dos tecidos biológicos (d~1,0g/cm 3 ). São tipicamente simuladores de pontos. Serviços desse tipo são oferecidos pela International Atomic Energy Agency (IAEA). Nível II - Nesses simuladores verificam-se não só a dose, sob condições no planejamento radioterápico, tais como a profundidade da dose, para determinar o ponto apropriado de medida e a energia do elétron. Para esse tipo de simulação são usados fantomas físicos, sem necessariamente possuir especificações antropomórficas. Nível III - Nesse nível se enquadram os fantomas semi-antropomórficos ou antropomórficos, nos quais se verificam também parâmetros de profundidade de dose e interação da radiação com os tecidos. Contudo, as vantagens desses fantomas são a possibilidade de obtenção de imagens anatômicas semelhantes às dos pacientes em cortes axiais, coronais e sagitais e avaliação dosimétrica. Em tratamentos radioterápicos podem ser utilizados simulando condições anatômicas bioquímicas semelhantes às dos pacientes reais. São constituídos por materiais tecido-equivalentes, em cujas estruturas são realizados cortes, semelhantes aos de TC, facilitando-se a colocação de dosímetro em pontos "estratégicos" para quantificação de doses de radiação absorvidas [9,12,13]. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Inicialmente foi feito um pré-projeto anatômico do modelo a ser construído. Foi obtido um modelo de crânio e vértebras artificiais de um sujeito de idade aparente de 10 anos. Os Moldes dos modelos foram obtidos e preenchidos com MTE a osso. A montagem das peças individual forneceu a imagem da estrutura óssea reconstruída. As cartilagens laríngeas foram modeladas. Seus moldes foram obtidos e preenchidos com MTE a tecido cartilaginoso. Logo em seguida, os músculos da cabeça e pescoço foram confeccionados e articulados ao fantoma com MTE a músculo. Incluem-se nessas estruturas a faringe. Por um pequeno orifício feito na tampa do crânio, introduziu-se o MTE ao cérebro infantil. Os olhos foram substituídos por balões com água. O MTE a medula foi introduzido na abertura inferior das vértebras, sendo estas já articuladas ao fantoma. O último passo foi o recobrimento do fantoma com MTE a pele (tecido epitelial). Um modelo padrão foi selecionado e imagens radiológicas foram obtidas em seções tomadas de 3mm de espaçamento em toda extensão da região estudada. As imagens foram digitalizadas e após longo processo de codificação dos dados, um modelo de vóxel foi construído. A malha 3d foi transferida para o mcnp. O modelo foi conferido e imagens 2d da estrutura de vóxels pode ser gerada. 3. RESULTADOS A figura 1 ilustra alguns resultados obtidos do fantoma de cabeça e pescoço. As estruturas ósseas, cartilaginosas, encefálicas, e musculares foram construídas com TEM equivalentes as respectivas estruturas.

5 Figura 1. Etapas da construção do fantoma. Em ordem, crânio e vértebras cervicais, cartilagem tireóide e epiglote, cérebro infantil, representação muscular e epitelial (vista lateral e inferior), faringe e osso hióide. Figura 2. Fantoma Antropomórfico e Antropométrico de cabeça e pescoço em diversos posicionamento. Em ordem, vista lateral, vista inferior, vista posterior e anterior. A figura 3 e 4 apresenta imagens do modelo de voxel, em seções arbitrárias mostrando os resultados de equivalência com a imagem radiológica equivalente. Cada cor representa um tecido. Os tecidos foram codificados e suas composições químicas e densidade avaliadas. Figura 3 imagem radiológica de CT e sua correspondente seção no modelo de Voxel 3D. Figura 4 Imagem radiológica no nível do maxilar inferior e sua correspondente seção no modelo de voxel 3D.

6 4. ANÁLISE E CONCLUSÕES A perspectiva do trabalho consiste em finalizar e fazer as respectivas dosimetrias no fantoma antropomórfico e antropométrico para testes experimentais. Serão introduzidos métodos de calibração e medições experimentais utilizando TLD para avaliações com o fantoma experimental.o modelo de voxel 3D de cabeça e pescoço infantil foi elaborado. Atualmente, estão sendo analisados os protocolos radioterápicos que serão simulados: envolvendo definição de fonte e solicitações. REFERÊNCIAS 1. SIEGEL, M.J. Tomografia Computadorizada do carpo em Pediatria, Guanabara Koogan, Rio de janeiro (1999). 2. SALVAJOLI, J.V.; FARIA, S.L. Radioterapia no Carcinoma da Laringe. In: CARVALHO, M.B. Tratado de Cirurgia de Cabeça e Pescoço e Otorrinolaringologia. Belo Horizonte: Atheneu (2001). Vol. II. Cap. 75. p. 941, FREITAS, P.P. Princípios da radioterapia. In: GOMES, R. Oncologia Básica. Rio de Janeiro: Revinter (1997). Cap. 7. P. 64 e SALVAJOLI, J.V. et al. Radioterapia em Oncologia, Editora MEDSI, Rio de Janeiro (1999). 5. RADIOLOGY SUPORT DEVICES: thyroid Calibration Phantoms". Disponível em: (2000). 6. CARDOSO, I.C.R.A. Utilização de fantomas em Simulações de Imagens Médicas e as Avaliações Dosimétricas em Radiodiagnóstico e Radioterapia. Monografia apresentada à Disciplina de Conceitos e Imagens Médicas, Departamento de Engenharia Nuclear, Belo Horizonte, UFMG (2002). 7. SEABY, A.W. et al. Desing of multiblock phantom for radiotherapy dosimetry applications. The Bristish Journal of Radiology, 75, p (2002). 8. LIN, P.J. et al. Dose compensation of total body irradiation therapy. Applied Radiation and Isotopes, 55, p (2001). 9. ANDRADE, L.M. Estudos Dosimétricos In Vitro de Câncer de Mama Humano da Linhagem MDANB-231 Irradiada por Co-60 e Estudos Correlatos. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Nuclear - UFMG - Belo Horizonte (2002). 10. COSTA, H.R; CAMPOS, T.P.R. Automatização do planejamento de braquiterapia baseada no sistema RADPLAN. Anais do VENAN (CD-ROM), rio de Janeiro (2000). 11. DANTAS, A.L. et al. Calibração da umidade de contador de corpo inteiro do IRD para medidas in vivo de Pb-210 em tecido ósseo pulmonar. Anais do VIENAN (CD-ROM), Rio de Janeiro - Brasil (2002). 12. KRON, T. et al. Dosimetric intercomparison for Australian clinical trials an anthropomorfic phantom. Inst. J. Radiation Oncology Biol. Phys., 52, N.2. P (2002). 13.SOUZA, W.O. et al. Avaliação da musculatura humana através da medicina radiométrica in vivo de potássio. Anais do VENAN (CD-ROM) Rio de Janeiro Brasil (2002)